La technologie FC enfin dans la cour des grands
Essai routier de la nouvelle Mirai de Toyota
Hormis le nom et le principe général de fonctionnement du FCEV, la deuxième génération de Mirai ne ressemble en rien à la première génération de la spectaculaire voiture à hydrogène de Toyota. Il s'agit donc d'une voiture entièrement nouvelle, plus élégante et plus dynamique que son prédécesseur. C'est ainsi que Toyota souhaite conférer davantage d'impact émotionnel à sa technologie d'avant-garde bien à l'abri sous le capot. C'est principalement cette technologie qui permet à la nouvelle Mirai électrique à pile à combustible d'atteindre le niveau supérieur. Ce sont essentiellement ces améliorations technologiques et les performances de conduite rentables qui en résultent qui font l'objet de toute l'attention dans cette introduction.
La nouvelle Mirai ne se contente donc pas de présenter un extérieur plus émotionnel et aux proportions aérodynamiques modifiées. Car si Toyota avait vraiment l'intention de renforcer l'attrait émotionnel de la Mirai avec cette carrosserie, elle a certainement réussi.
Aujourd'hui, la nouvelle Mirai ressemble à toutes les voitures de luxe modernes, élégantes et prestigieuses de cette catégorie. Ainsi, la Mirai n'est plus un mobile de science-fiction à quatre roues dont les contours insensibles ne servent qu'à dissimuler aux yeux des passants une écotechnologie extrêmement coûteuse, expérimentale et futuriste, ou à la protéger de la pluie et du vent.
Ainsi, grâce à un style moderne, la nouvelle Mirai gagne en impact émotionnel. Il en va de même pour l'emballage intelligent, qui comprend notamment le nouveau système de pile à combustible, ainsi que l'efficacité aérodynamique (et l'autonomie).
Toyota et l'électrification des véhicules
Un examen plus approfondi de la technologie eco Mirai 2 sous le capot, (encore) partiellement expérimentale, maintenant portée à un niveau supérieur, montre que – acquise dans divers modèles électrifiés – l'expérience pratique garantit ici une base FCEV de premier plan. Toyota a d'ailleurs été un précurseur en matière de propulsion hybride avec la Prius.
Cette base hybride à recharge automatique (HEV) a évolué vers l'hybride rechargeable (PHEV), la batterie électrique (BEV) et même plus tard, avec la première Mirai, vers des applications automobiles électriques à pile à combustible (FCEV). Dans chacune de ces applications d'électrification, Toyota a acquis une expertise qui a contribué à faire évoluer la technologie FCEV pour la Mirai de deuxième génération.
ne servent qu'à couvrir la coûteuse écotechnologie. La nouvelle Mirai ressemble à toutes les voitures de luxe modernes,
élégantes et prestigieuses de cette catégorie
Signature de la plateforme GA-L
La nouvelle Mirai sera également construite sur la plateforme modulaire GA-L à partir de maintenant. Une nouvelle base qui garantit à elle seule l'assemblage d'un design qui n'est plus comparable à celui de la génération précédente. Ainsi, la plateforme GA-L transforme cette voiture à hydrogène d'une traction avant à quatre places en une traction arrière à cinq places offrant plus d'espace intérieur.
Cette base GL-A a également rendu la Mirai plus longue (85 mm) et plus large (70 mm) mais plus basse (65 mm) que son prédécesseur. L'empattement a également augmenté et la voie s'est élargie de 75 mm (à l'avant) et de 60 mm (à l'arrière) respectivement.
La plateforme automobile modulaire TNGA-L (Toyota New Global Architecture) est destinée aux véhicules des segments E (Executive), F (Full-Size) ou S (Grand Tourer). La plateforme GA-L est destinée aux modèles à traction arrière et avant et peut accueillir des groupes motopropulseurs montés longitudinalement à l'avant. Cette plateforme remplace l'ancienne plateforme N et est également utilisée – en plus de la nouvelle Mirai – par la Toyota Crown Sedan ainsi que par les Lexus LC et LS.
Grâce à la plateforme GA-L, l'emplacement et le conditionnement des composants de la pile à combustible (stack) et du groupe motopropulseur pourraient être orientés différemment dans la nouvelle Mirai. La recherche de plus d'espace dans l'habitacle a principalement conduit à une utilisation plus judicieuse de l'espace technique, mais aussi – et ce n'est pas négligeable – à une bien meilleure répartition du poids et, par conséquent, à un équilibre plus efficace du châssis.
Réservoirs d'hydrogène en configuration T
Une autre signature GA-L de la nouvelle Mirai est la possibilité supplémentaire de loger trois réservoirs d'hydrogène à haute pression. La capacité de stockage de l'hydrogène peut ainsi être augmentée de 30%, ce qui permet d'accroître l'autonomie.
Ces réservoirs – dont les parois sont constituées d'une enveloppe en fibre de verre de 4,5 cm d'épaisseur et résistante au feu – sont remplis d'H2 à une pression de 700 bars. Les réservoirs sont équipés de capteurs de fuite et de vannes d'arrêt d'urgence. Les trois réservoirs sont intégrés dans le véhicule en configuration 'T'. L'un d'entre eux – le plus grand – est placé au centre, longitudinalement, sous le plancher. Les deux plus petits réservoirs sont placés transversalement sous le siège arrière et en partie dans le coffre.
La disposition de ces réservoirs en configuration 'T' contribue à une meilleure répartition du poids et à un abaissement du centre de gravité. Ensemble, ils peuvent stocker 5,6 kg de H2. Soit 1 kg de plus que ce que l'ancienne Mirai pouvait stocker dans ses deux réservoirs.
La plateforme GA-L et l'architecture modifiée du réservoir d'hydrogène en trois parties ont permis de relocaliser la pile à hydrogène nouvellement conçue à l'endroit où le développement de l'énergie doit se faire. Lire: sous le capot. Alors que dans la première Mirai, ces piles à combustible se trouvaient encore sous le plancher.
En outre, la batterie haute tension et le moteur électrique, plus compacts, sont désormais montés au-dessus de l'essieu arrière. Ou comment la disposition du groupe motopropulseur optimisé de la Mirai 2 peut également contribuer à la répartition idéale des masses (50/50).
Nouveaux modèles de piles et d'onduleurs de piles à combustible
L'empilement de piles à combustible et le convertisseur de piles à combustible ont également été redessinés pour une intégration plus efficace dans la plateforme GA-L. Pour ce faire, tous les éléments ont été logés dans un boîtier en acier inoxydable. À cette fin, tous les éléments ont été logés dans un nouveau châssis plus compact.
Nous pensons aux pompes à eau, au refroidisseur intermédiaire, à la climatisation, aux compresseurs d'air et à la pompe de recirculation H2 qui, comme tous les composants de ce faisceau, ont été rendus plus compacts, plus légers et dont les performances ont été accrues. Le faisceau complet est donc devenu plus petit, notamment parce que l'écart entre la pile à combustible et l'enveloppe extérieure s'est réduit.
La composition plus compacte de cette pile à combustible a permis en partie de déplacer l'ensemble dans le compartiment moteur. Alors que dans la Mirai précédente, cet ensemble de piles à combustible se trouvait encore sous le siège avant.
SYSTÈME D'AIR FC PLUS COMPACT ET MOINS LOURD
Des mesures d'économie d'espace et de poids ont également été prises en ce qui concerne l'entrée d'air de la pile FC. Ce système a été conçu pour réduire les pertes de pression. La Mirai 2 utilise des matériaux insonorisants pour supprimer le sifflement des prises d'air dans l'habitacle. En outre, la sortie de la cheminée FC utilise un tuyau en résine qui peut évacuer de grandes quantités d'air et d'eau. Une atténuation sonore supplémentaire est également assurée ici, ce qui devrait contribuer à rendre l'habitacle (encore) plus silencieux. Encore une chose: ce système d'air complet a également été rendu 30% plus compact que dans la Mirai précédente et pèse un tiers (34,4%) de moins.
Comme pour la Mirai précédente, Toyota continue d'utiliser du polymère solide pour sa pile à combustible. Cependant, il est plus compact car moins de cellules sont combinées (330 au lieu de 370). Le poids a donc pu être réduit de 56 à 52 kg.
Il convient toutefois de noter que la compacité et la réduction du poids n'ont pas entraîné de dégradation des performances. Cela est dû en partie au repositionnement du collecteur, à l'optimisation de la forme du séparateur des canaux de gaz et, comme dans les applications de batteries modernes, à l'utilisation de matériaux innovants pour la composition des électrodes FC.
La densité de puissance spécifique est désormais de 5,4 kW/l, contre 4,4 kW/l pour la première Mirai. La puissance maximale de cette pile FC a ainsi été portée à 174 ch/128 kW. Contre 155 ch/114 kW auparavant. De plus, le démarrage à froid est désormais garanti à des températures ambiantes allant jusqu'à -30 °C.
Première utilisation par Toyota de modules d'alimentation intelligents (IPM)
L'unité FC intègre le convertisseur DC-DC (FDC) de la pile à combustible ainsi que des composants haute tension modulaires. La taille combinée de ces composants a également été rendue plus compacte (réduction de 21%) par rapport à ce que l'on trouve dans la Mirai 1. Son poids a diminué d'environ 3 kg et s'élève encore à 25,5 kg.
Cette compacité et cette réduction de poids sont principalement dues à une technologie de pointe. En d'autres termes, l'électronique est particulièrement moderne. Toyota doit ce gain de place à sa première utilisation de semi-conducteurs en carbure de silicium de nouvelle génération dans les transistors du module de puissance intelligent (IPM) (voir encadré).
Il s'agit d'une application émergente des semi-conducteurs dans l'automobile qui permet d'améliorer les performances tout en réduisant la consommation d'énergie. Remarquablement, cela nécessite finalement moins de transistors, ce qui permet également d'assembler les convertisseurs FCPC de manière plus compacte.
I(NTELLIGENT) P(OWER) M(ODULE)
IPM signifie Intelligent Power Module (module de puissance intelligent). Un IPM est donc un module qui contient un circuit onduleur triphasé composé de circuits de contrôle intégrés, de circuits de contrôle et de circuits de protection. Un IPM se compose donc non seulement d'un certain nombre de transistors de puissance intégrés, mais aussi des chaînes d'alimentation de commande et de protection correspondantes. Dans les applications automobiles, ces IPM facilitent la conception des chaînes d'alimentation périphériques par rapport aux modules IGBT conventionnels qui doivent piloter des circuits de commande externes. L'abréviation IGBT signifiait – et signifie toujours – 'Insulated Gate Bipolar Transistor', ou transistor bipolaire à grille isolée.
Batterie lithium-ion haute tension
Alors que la Mirai précédente fonctionnait encore avec un système de stockage de l'énergie électrique de type nickel-hydrure métallique, la nouvelle est équipée d'une batterie lithium-ion haute tension. Plus compacte, elle permet néanmoins d'augmenter la puissance grâce à une densité énergétique plus élevée.
Avec 84 cellules, la tension nominale atteint 310,8 volts, ce qui est considérablement plus élevé que l'unité NiMH précédente (244,8 V). Le poids total est passé de 46,9 à 44,6 kg. La puissance de pointe est passée de 25,5 kW x 10 secondes (NiMH) à 31,5 kW x 10 secondes avec la nouvelle batterie lithium-ion.
Cette batterie plus compacte est montée derrière la banquette arrière. Cela signifie qu'avec les deux petits réservoirs de stockage H2, une bonne partie de l'espace du coffre de la Mirai est sacrifiée pour le stockage de l'énergie. Et ce, au détriment de l'espace pour les bagages. Car s'il y a bien une chose qui manque à cette Mirai, c'est le volume du coffre.
Impressions de conduite
La Mirai n'est pas seulement devenue plus belle. Elle est aussi plus grande et l'intérieur offre clairement plus d'espace de vie. Dommage que, pour une voiture de ces dimensions extérieures, le coffre soit aussi petit.
De plus, la conduite est complètement différente de celle de son prédécesseur. L'écartement plus important des roues avant et arrière, l'empattement plus long, le centre de gravité plus bas et la répartition idéale des masses entre les essieux avant et arrière se traduisent par un comportement routier plus neutre (que celui de la Mirai 1) et particulièrement rigide. Pour ce que nous nous souvenons des trajets effectués avec la première Mirai à traction avant ...
Ensuite, le successeur à propulsion a considérablement amélioré sa tenue de route, notamment grâce à la plateforme GA-L et aux suspensions multibras à l'avant et à l'arrière. Le confort de suspension n'est pas en reste. En effet, la nouvelle Mirai compense toutes les irrégularités de la route grâce à l'efficacité d'une suspension pneumatique avancée.
Inutile de dire qu'un silence assourdissant règne en permanence dans cette Mirai confortable et agréable à conduire. Alors que la génération précédente nous laissait encore percevoir des sifflements, un bruit de pompage à gauche et un ronronnement de ventilateur à droite, la Mirai 2 s'est aussi considérablement améliorée dans ce domaine.
Le fait que nous entendions (encore) moins de bruits dans la Mirai 2 est en partie dû au fait que le groupe motopropulseur ne dépasse plus sous le siège avant mais a été déplacé dans le compartiment moteur. Et aussi parce que Toyota a apporté quelques modifications judicieuses au système d'air du FC afin de rendre la technologie FC encore plus silencieuse.
Avec 182 ch et 300 Nm d'éthique de travail spontanément libérés sur les roues arrière, la nouvelle Mirai a clairement plus de prestige sous son capot que son prédécesseur. Non pas qu'avec un temps de 9 secondes pour passer de l'arrêt à 100 km/h, en tant que voiture à hydrogène, elle va déjà établir des records d'accélération. Mais avec une vitesse de pointe de 180 km/h, on ne peut pas dire que la Mirai 2 soit moins performante.
Plus économique
La nouvelle Toyota Mirai utilise aussi plus efficacement l'énergie qu'elle transporte. L'énergie libérée au freinage, en roue libre ou en descente est stockée plus efficacement dans une batterie lithium-ion haute tension, d'où elle est récupérée dès que le véhicule a besoin d'énergie supplémentaire, si celle-ci ne peut être fournie immédiatement par la pile à combustible.
Conduite à l'hydrogène et autonomie? Lorsque nous avons conduit la première Mirai, il y avait trois possibilités de ravitaillement en hydrogène dans un rayon de 70 km autour de notre domicile. Aujourd'hui, presque dix ans plus tard, ces trois installations de ravitaillement sont toujours là. Cela reste donc le plus gros problème de l'hydrogène.
Ce qui est regrettable, car cela jette une ombre sur les initiatives louables que Toyota (comme Honda et Hyundai) entreprend pour développer des voitures particulières fonctionnant à l'hydrogène. Mais même cette absence persistante d'installation de ravitaillement ne devrait pas et ne peut pas nuire aux qualités de maturité technologique de la Mirai 2.
Son autonomie – en partie grâce à la capacité supplémentaire du réservoir – a considérablement augmenté et, ce faisant, la technologie FC perfectionnée consomme également moins d'hydrogène. Selon Toyota, l'autonomie est passée de 500 à 650 km. Ceci pour une consommation moyenne déclarée (Test Energy Low) de 0,76 kg H2/100 km.
Nous avons enregistré une moyenne plus élevée: 1,19 kg H2/100 km. Ou comment, avec les trois réservoirs remplis, nous avons facilement parcouru 470 km. Donc plus loin que ce que nous avions l'habitude de parcourir avec la Mirai 1 à hydrogène entre les installations de ravitaillement de Zaventem et la pompe à H2 la plus proche à Helmond (NL).
La nouvelle technologie FC gagne donc en efficacité et la récupération d'énergie est elle aussi plus performante. Une récupération d'énergie que l'on voit s'améliorer sans cesse dans diverses voitures Toyota. Car l'hybride auto-chargeur est et a toujours été une discipline dans laquelle Toyota règne en maître depuis des décennies. La Mirai le prouve une fois de plus.
Conclusion
Le ravitaillement en hydrogène continue de poser des problèmes. Ajoutez à cela le fait que rouler à l'hydrogène – en l'occurrence à l'H2 converti en énergie électrique par combustion à froid dans une pile à combustible – reste une affaire coûteuse. Mais la technologie évolue et devient de plus en plus mature.
Dans le cas de la Mirai 2, l'attrait émotionnel de la conduite à l'hydrogène est déjà renforcé. Grâce à un style contemporain de bon goût, à une autonomie plus raisonnable et à des performances qui ne sont pas des moindres. La nouvelle Toyota Mirai montre que les gens de Toyota continuent de croire en l'hydrogène. Tout comme ils ont fait évoluer leurs nombreux concepts antérieurs – principalement électriques à temps partiel – vers une technologie réputée, ils veulent faire de même avec la propulsion à l'hydrogène.
Tous ceux qui ont eu la chance de conduire la nouvelle Mirai en conviendront: ce qui n'était qu'un drôle de rêve il y a dix ans incarne aujourd'hui un projet technologique pour le moins abouti. Le concept audacieux d'autrefois a donc atteint un degré de maturité clairement suffisant pour enfin se faire une place dans la cour des grands.
Tableau avec fiche technique (à suivre)
